DE10042572A1 - Electrode potential difference in standing water over sludge set to selectively oxidize or reduce impurities in sludge and water - Google Patents

Electrode potential difference in standing water over sludge set to selectively oxidize or reduce impurities in sludge and water

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DE10042572A1
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Abstract

A process for reducing or preventing the admission of harmful impurities in standing water (2) over sludge (1) comprises using electrodes (4,5) in the water and sludge to from a barrier at the phase boundary between the water and sludge. Especially the potential difference between the electrodes is set to selectively oxidize or reduce impurities. A process for reducing or preventing the admission of harmful impurities in standing water (2) over sludge (1) comprises using electrodes (4,5) in the water and sludge to from a barrier at the phase boundary between the water and sludge. Especially the potential difference between the electrodes is set to selectively oxidize or reduce impurities. The process immobilizes or mobilizes impurities without allowing dissolved oxygen or hydrogen to escape from the sludge to the water. Immobilized water impurities are enriched within the sludge, and mobilized impurities are discharged from the water. The voltage applied is the redox pair specific half level potential of the impurity in question. This is derived from the U-I graph, power loss and electrical resistance between the electrodes. The working voltage applied first concentrates impurities in the sludge. The impurities are then expelled from the sludge in concentrated form and drawn from the water. The barrier between the water and sludge (2/1) is operated as a redox and/or pH barrier.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eliminierung von Wasserschadstoffen aus der wäßrigen Phase eines stehenden Wasserkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for eliminating water pollutants from the aqueous Phase of a standing body of water according to the preamble of claim 1.

Das Verfahren findet in stehenden Gewässern, Reaktoren, offenen und geschlossenen Behältern und in künstlich angelegten Becken; Gruben bzw. Gräben zur Aufkonzentrierung und konzentrierten Dekontamination von Schadstoffen aus Feststoffmatrices Anwendung.The process takes place in standing waters, reactors, open and closed containers and in artificial pools; Pits or trenches for concentration and concentrated decontamination of pollutants from solid matrices application.

In stehenden Gewässern kommt es an der Phasengrenzfläche Feststoffmatrix/Wasser im Über­ gangsbereich vom aeroben in den anoxischen/anaeroben Zustand durch mikrobielle Sauerstoff­ zehrungsprozesse zur Mangan(III, IV)-, Eisen(III)- und Sulfatreduktion. Die reduzierten Mangan- und Eisenspezies werden durch Diffusion oder Konvektion in die wäßrige Phase transportiert. Ein Großteil der Phosphate ist in natürlichen Systemen an Eisen(III) gebunden und wird bei der Eisenreduktion ebenfalls mobilisiert. Bei diesen biochemischen Reduktionsprozessen treten erhöhte Eisen-, Mangan-, Phosphatkonzentrationen in der wäßrigen Phase auf, die bei der Aufbereitung von Roh- zu Brauch- oder Trinkwasser erhebliche Mehraufwendungen erfordern. Bisher versuchte man das Problem dadurch zu lösen, daß man in die stehenden Gewässer, (Tal-, Vorsperren oder Absetzbecken) Luft bzw. Sauerstoff in das Hypolimnion einbläst, um die mikrobielle Reduktion an der Phasengrenze Feststoffmatrix/wäßrige Phase einzudämmen. Das geschieht z. B. über Aggregate bzw. Vorrichtungen, wie Belüftungsrohre, Rohrsysteme, Düsen o. ä. (DE 37 24 692, DE 44 35 631, EP 19509253).In standing water there is excess solid matrix / water at the phase interface Transition area from the aerobic to the anoxic / anaerobic state through microbial oxygen Consumption processes for manganese (III, IV), iron (III) and sulphate reduction. The reduced manganese and iron species are transported into the aqueous phase by diffusion or convection. A large part of the phosphates is bound to iron (III) in natural systems and is used in the Iron reduction also mobilized. These biochemical reduction processes occur increased iron, manganese, phosphate concentrations in the aqueous phase, which in the Treatment of raw water to industrial or drinking water require considerable additional expenditure. So far, attempts have been made to solve the problem by going into the standing water (valley, Pre-blocking or sedimentation basin) blows air or oxygen into the hypolimnion in order to contain microbial reduction at the phase boundary between solid matrix and aqueous phase. That happens z. B. via aggregates or devices, such as ventilation pipes, pipe systems, nozzles or the like (DE 37 24 692, DE 44 35 631, EP 19509253).

Ein Verfahren zur Reinigung von ruhendem Wasser, was sich in einem Behälter, wie Aquarium oder dgl. über einer Bodenschicht mit Bepflanzung befindet (OS 3113021) nutzt ebenfalls eine Variante des Eintrags von gasförmigem Luftsauerstoff über Kiesfilter mit einer Schaumstoffschicht im Speicherraum.A method of cleaning up stagnant water from what is in a container, such as an aquarium or the like. Above a layer of soil with plants (OS 3113021) also uses one Variant of the entry of gaseous atmospheric oxygen through a gravel filter with a Foam layer in the storage space.

Auf einem ähnlichen Prinzip beruht das in der WO 87/1690-A1 beschriebene Verfahren der elektrochemischen Sauerstoffproduktion im Bodenbereich. Dabei geht es darum den Sauerstoffgehalt des Wassers zu verbessern oder zu verändern und durch die Gasentwicklung eine ständig, gleichbleibende Zirkulation der Wassersäule und Vermischung des Wasserkörpers zu erzielen. In der DE 197 24 137.9 A1 wird ein Verfahren beschreiben, bei dem im Potentialbereich der Sauerstoffentwicklung gearbeitet wird.The method described in WO 87/1690-A1 is based on a similar principle electrochemical oxygen production in the soil area. It's about the Improve or change the oxygen content of the water and through the evolution of gas a constant, constant circulation of the water column and mixing of the water body to achieve. In DE 197 24 137.9 A1 a method is described in which im The potential range of oxygen development is being worked on.

Die Problematik der bisherigen Verfahren besteht darin, daß die Eindringtiefe des eingeblasenen Sauerstoffs in die Feststoffmatrix nur wenige Millimeter beträgt und der Sauerstoff dort mikrobiell schnell gezehrt wird. Es entsteht eine nur sehr dünne oxische Schicht, die sofort nach Beendigung der Belüftung wieder in einen anoxischen oder anaeroben Zustand übergeht. Die mikrobiellen Prozesse sind aber nur nachhaltig zu beeinflussen, wenn ständig ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht.The problem with the previous method is that the penetration depth of the blown Oxygen in the solid matrix is only a few millimeters and the oxygen there is consumed microbially quickly. Only a very thin oxic layer is created, which immediately after Stopping ventilation reverts to an anoxic or anaerobic state. the However, microbial processes can only be influenced sustainably if they are always sufficient Oxygen is available.

Die Steuerung und Kontrolle des Sauerstoffbedarfs hat sich als überaus problematisch erwiesen, da gleichzeitig mit dem mechanischen Einblasen von Luft oder Sauerstoff die relativ lockere Oberfläche der Feststoffmatrix gestört und verwirbelt wird.The management and control of the oxygen demand has proven to be extremely problematic, because at the same time as the mechanical blowing in of air or oxygen the relatively loose Surface of the solid matrix is disturbed and swirled.

Das Einbringen anderer Oxidationsmittel (z. B. H2O2, O3, Peroxidisulfat u. ä.) ist letztendlich mit den gleichen Problemen behaftet. Sie versucht man zu umgehen, indem man nach der Rohwasserentnahme eine Wasserbehandlung ex-situ anschließt. Dazu werden die klassischen Wasseraufbereitungsverfahren, wie Ausfällung mit Chemikalien, Adsorption an Aktivkohle oder Adsorberharzen, Flockung, Filtration über eingearbeitete Kiesfilter u. a. genutzt. In DE 35 43 697 A1 werden z. B. Verfahren und Anlagen zur Entfernung oxidierbarer, gelöster Metalle aus Grundwässern, insbesondere für Hauswasserversorgungsanlagen beschrieben. Filtereinrichtungen und Verfahren zur Entfernung von Eisen und/oder anderen Stoffen aus Trinkwasser an einem Aktivkohle-Filterbett werden in DE 34 21 113 A1 vorgeschlagen. Diese oben genannten, konventionellen Verfahren werden noch um elektrochemische Methoden erweitert, da Wasserinhaltsstoffe in elektrochemischen Zellen reduziert oder oxidiert werden können. Das betrifft z. B. die elektrochemische Abwasserreinigung an Kohlevliesen (DE 43 28 242 A1), den Austrag von gelöstem Mangan aus Prozeßwässern der Papierindustrie über eine oxidative Abscheidung an Platin-Elektroden (DE 44 35 631 A1) oder den Eintrag galvanisch vorpolarisierter, fein suspendierter Partikel in das zu reinigende Wasser (EP 0 007 325).The introduction of other oxidizing agents (e.g. H 2 O 2 , O 3 , peroxydisulphate, etc.) is ultimately associated with the same problems. Attempts are made to circumvent them by adding water treatment ex situ after the raw water has been withdrawn. Classic water treatment processes, such as precipitation with chemicals, adsorption on activated carbon or adsorber resins, flocculation, filtration through integrated gravel filters, etc., are used for this purpose. In DE 35 43 697 A1 z. B. Described processes and systems for removing oxidizable, dissolved metals from groundwater, in particular for domestic water supply systems. Filter devices and methods for removing iron and / or other substances from drinking water on an activated carbon filter bed are proposed in DE 34 21 113 A1. The above-mentioned conventional processes are expanded to include electrochemical methods, since substances contained in water can be reduced or oxidized in electrochemical cells. This concerns z. B. the electrochemical wastewater treatment on carbon fleece (DE 43 28 242 A1), the discharge of dissolved manganese from process waters of the paper industry via an oxidative deposition on platinum electrodes (DE 44 35 631 A1) or the entry of galvanically prepolarized, finely suspended particles into the water to be purified (EP 0 007 325).

Die genannten Verfahren werden in elektrochemischen Zellen oder Reaktoren unterschiedlicher Größe eingesetzt. Auf diesem Weg erfolgt die Wasserreinigung meist diskontinuierlich, wobei in der Regel Ab- oder Brauchwässer einer Aufbereitung zugeführt werden.The processes mentioned are different in electrochemical cells or reactors Size used. In this way, water purification usually takes place discontinuously, with in As a rule, waste or service water is fed to a treatment facility.

In der DE 40 35 110 A1 wird ein Verfahren beschrieben, das direkt im Brunnen schwermetallhaltige Grundwässer dekontaminiert, indem Schwermetalle aus der Wasserströmung durch Ionenaustausch fixiert werden.In DE 40 35 110 A1 a method is described that takes place directly in the well groundwater containing heavy metals is decontaminated by removing heavy metals from the Water flow can be fixed by ion exchange.

In der US 4 072 798 A wird ein Verfahren zur sogenannten "bioelektrischen Neutralisation" von sauren Wässern beschreiben. Durch Zugabe von abbaubaren organischen Stoffen wird eine Desulfurikation im See erzwungen. Wird die beschriebene Elektrodenanordnung installiert, entsteht zwischen den Elektroden eine Potentialdifferenz aufgrund der unterschiedlichen Sauerstoffverhältnisse in den Gewässer- bzw. Feststoffmatrixhorizonten. Auf diese Weise soll ökonomisch Elektroenergie gewonnen werden.US Pat. No. 4,072,798 A describes a process for so-called "bioelectrical neutralization" of describe acidic waters. By adding degradable organic substances, a Forced desulfurization in the lake. If the electrode arrangement described is installed, a potential difference arises between the electrodes due to the different Oxygen conditions in the water or solid matrix horizons. This is supposed to economical electrical energy can be obtained.

Ein anderer Weg zur Verminderung/Verhinderung der Schadstoffremobilisierung besteht darin, die potentiellen Wasserschadstoffe aus dem Sediment oder anderen Feststoffmatrices ex-situ dadurch zu entfernen, daß diese Stoffe mit protischen oder aprotischen Lösungsmitteln eluiert werden. Die dabei anfallenden Lösungen müssen dann in Abhängigkeit vom Einzelstoff oder Stoffgemisch in geeigneter Weise (z. B. durch Verdampfung, Ionenaustausch, Elektrolyse, Fällung, Flockung u. a.) aufgearbeitet werden. Handelt es sich bei der Feststoffphase um Sediment, so muß dieses Material in sehr kostenaufwendiger Weise gewonnen, eingedickt, die Schadstoffe eluiert und beide Stoffströme umweltgerecht entsorgt werden. Es sind auch Lösungsansätze bekannt, die die Rücklösung von Wasserschadstoffen (z. B. aus Sedimenten) eindämmen, indem das Sediment aus Seen und Talsperren in kostenintensiver Weise ausgebaggert und als Sondermüll deponiert wird.Another way to reduce / prevent pollutant mobilization is to the potential water pollutants from the sediment or other solid matrices ex-situ to be removed by eluting these substances with protic or aprotic solvents will. The resulting solutions must then be dependent on the individual substance or Mixture of substances in a suitable manner (e.g. by evaporation, ion exchange, electrolysis, Precipitation, flocculation, etc.) are worked up. Is it the solid phase Sediment, this material must be obtained in a very costly manner, thickened that Pollutants are eluted and both material flows are disposed of in an environmentally friendly manner. There are too Solution approaches known that the redissolution of water pollutants (e.g. from sediments) Curb by removing the sediment from lakes and dams in an expensive manner is dredged and disposed of as hazardous waste.

Der gravierende Nachteil der bisher angewandten und hier kurz beschriebenen Verfahrensweise besteht darin, daß man sich gegenwärtig meist darauf beschränkt, passive Maßnahmen, wie Wasseraufbereitung und/oder Elution der Wasserschadstoffe aus dem Sediment sowie die Variation der Entnahmehöhe im Wasserkörper in den Mittelpunkt der Aktivitäten zu stellen. Bisher ist kein kontinuierliches Verfahren zur gleichzeitigen in-situ Behandlung des Wassers und des Sediments in Gewässern bekannt.The serious disadvantage of the procedure used so far and briefly described here consists in the fact that at present one mostly limits oneself to passive measures like Water treatment and / or elution of the water pollutants from the sediment as well as the To put variation of the abstraction height in the water body at the center of the activities. So far there is no continuous process for the simultaneous in-situ treatment of the water and of the sediment in waters known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem es zu keiner Vermischung des Sedimentes oder einer anderen Feststoffmatrices mit der wäßrigen Phase des Wasserkörpers kommt.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the beginning, in which there is no mixing of the sediment or any other solid matrix with the aqueous phase of the body of water comes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß zum Betreiben der Elektrodenanordnung eine Arbeitsspannung eingestellt wird, bei der selektiv Wasserschadstoffe oxidiert oder reduziert und damit immobiliseirt oder mobilisiert werden, ohne das gelöster Sauerstoff oder Wasserstoff in den Wasserkörper aus der Feststoffmatrix abgegeben wird, wobei immobilisierte Wasserschadstoffe in der Feststoffmatrix angereichert und mobilisierte Wasserschadstoffe aus dem Wasserkörper abgeführt werden. According to the invention, the object is achieved by a method with the preamble of the claim 1 mentioned features achieved in that to operate the electrode assembly a Working voltage is set at which water pollutants are selectively oxidized or reduced and thus immobilized or mobilized without the dissolved oxygen or hydrogen in the body of water is released from the solid matrix, being immobilized Water pollutants accumulated in the solid matrix and mobilized water pollutants from be discharged from the body of water.

Vorteilhaft wird zum Oxidieren oder Reduzieren eines Wasserschadstoffes das entsprechende redoxpaarspezifische Halbstufenpotential des Wasserschadstoffes eingestellt, welches sich durch Aufnahme einer U-I-Kurve unter Berücksichtigung von Leistungsverlusten und des ohmschen Spannungsabfalls zwischen den Elektroden ergibt.The corresponding one is advantageous for oxidizing or reducing a water pollutant redox pair-specific half-wave potential of the water pollutant set, which is determined by Recording of a U-I curve taking into account power losses and the ohmic Voltage drop between the electrodes.

Die einzustellenden Elektrodenpotentiale hängen von den zu immobilisierenden bzw. mobilisierenden Spezies in der Feststoffmatrix ab.The electrode potentials to be set depend on the to be immobilized or mobilizing species in the solid matrix.

In einzelnen Varianten des Verfahrens können immobile oder immobilisierte Wasserinhaltsstoffe durch entsprechende Polarisation der Arbeitselektrode in ihre mobile Redoxform überführt werden.In individual variants of the process, immobile or immobilized substances in the water can be used converted into its mobile redox form by appropriate polarization of the working electrode will.

Die mobilisierten Spezies können durch geeignete Maßnahmen (z. B. Ableitung in perforierten Rohren oder Bindung der Spezies an Gewebe von Ionenaustauschern), die an der Phasengrenzfläche Feststoffmatrix/Wasser angeordnet sind, durch Ausbau, Regeneration und Wiedereinbau der Gewebe abgeleitet und in externen Wasseraufbereitungsanlagen eliminiert werden.The mobilized species can be removed by suitable measures (e.g. derivation in perforated Tubes or binding of the species to tissues of ion exchangers) attached to the Phase interface solid matrix / water are arranged by expansion, regeneration and Reinstallation of the tissues diverted and eliminated in external water treatment plants will.

Im Sediment oder einer anderen Feststoffmatrices wird eine Arbeitselektrode (AE) (ca. 3-10 cm unter der Phasengrenzfläche Feststoff/Wasser) und in der wäßrigen Phase die Gegenelektrode (GE) positioniert (vgl. Fig. 1) Ihr Abstand zur Phasengrenzfläche wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der ablaufenden Prozesse und von der Sedimentationsrate in den Gewässern gewählt und beträgt in der Regel etwa 5-30 cm.A working electrode (AE) (approx. 3-10 cm below the solid / water phase interface) is positioned in the sediment or another solid matrix and the counter electrode (GE) is positioned in the aqueous phase (see FIG. 1) Depending on the speed of the processes taking place and the sedimentation rate in the waters, it is usually around 5-30 cm.

Die Arbeitselektrode wird vorzugsweise flächig perforiert, stab- oder kugelförmig ausgeführt. In der praktischen Ausgestaltung können das Netze, Streckmetalle, maschige und/oder textile Flächengebilde mit einer leitfähigen Faser, Schicht, Überzug oder dgl. sein. Die Maschenweite ist abhängig von der Art und Geschwindigkeit der ablaufenden Redoxprozesse.The working electrode is preferably perforated flat, rod-shaped or spherical. In the practical design can be nets, expanded metal, mesh and / or textile Flat structure with a conductive fiber, layer, coating or the like. Be. The mesh size depends on the type and speed of the redox processes taking place.

Die Gegenelektrode kann den gleichen Aufbau wie die Arbeitselektrode aufweisen oder es wird ein davon abweichende Konstruktion gewählt, um den natürlichen Stoffaustausch zwischen Feststoffmatrix und wäßriger Phase so wenig wie möglich zu stören und die Lebensbedingungen der Organismen in den Feststoffmatrices nur unwesentlich zu beeinträchtigen. The counter electrode can have the same structure as the working electrode or it will a different construction chosen to allow the natural exchange of substances between Solid matrix and aqueous phase to disturb as little as possible and the living conditions of the organisms in the solid matrices only insignificantly.

Nach Positionierung des Elektrodensystems gemäß Fig. 1 erfolgt eine Polarisation der Arbeitselektrode in der Weise, daß entsprechend der redoxpaarspezifischen Halbstufen­ potentiale der Wasserinhaltsstoffe Oxidations- und Reduktionsreaktionen an den Elektroden initiiert werden (vgl. Fig. 2). Die Polarität der Arbeitselektrode richtet sich nach den Schadstoffen, die an oder in der Umgebung dieser Elektrode redoxchemisch umgesetzt werden sollen. Die Arbeitselektrode muß zum Beispiel bei der Umsetzung von Eisen(II) zu Eisen(III), von Mangan(II) zu Mangan(III, IV), von As(III) zu As(V) oder von reduzierten zu oxidierten organischen Kohlenstoffverbindungen anodisch, bei der Umsetzung von Uran(VI) zu Uran(IV) oder Cr(VI) zu Cr(III) katodisch polarisiert werden. Zweckmäßigerweise ermittelt man die Klemmspannung durch Aufnahme einer Strom-Spannungskurve unter Berücksichtigung von Leitungsverlusten, des ohmschen Spannungsabfalls zwischen Anode und Katode und der Höhe des gewünschten Potentials an der Arbeitselektrode.After positioning the electrode system according to FIG. 1, the working electrode is polarized in such a way that oxidation and reduction reactions are initiated at the electrodes according to the redox pair-specific half-wave potentials of the water constituents (see FIG. 2). The polarity of the working electrode depends on the pollutants that are to be redox-chemically converted on or in the vicinity of this electrode. The working electrode must, for example, be anodic when converting iron (II) to iron (III), from manganese (II) to manganese (III, IV), from As (III) to As (V) or from reduced to oxidized organic carbon compounds , when converting uranium (VI) to uranium (IV) or Cr (VI) to Cr (III) are cathodically polarized. The terminal voltage is expediently determined by recording a current-voltage curve, taking into account line losses, the ohmic voltage drop between anode and cathode and the level of the desired potential at the working electrode.

Für die bestimmungsgemäße Arbeitsweise ist eine Mindestspannung Uo nötig, um die Elektrodenpolarisation und Überspannungen der einzelnen Reaktionen auszugleichen. Als Arbeitspunkt wird eine Arbeitsspannung UA entsprechend des Halbstufenpotentials der gewünschten Redoxreaktion gewählt.For the intended operation, a minimum voltage U o is necessary in order to compensate for the electrode polarization and overvoltages of the individual reactions. A working voltage U A corresponding to the half-wave potential of the desired redox reaction is selected as the working point.

Die für den Praxiseinsatz des Verfahrens notwendigen Parameter werden durch Messung der U- I-Kurve, der spezifischen Leitfähigkeit des Wassers, des pH-Wertes, der Sauerstoffzehrung in der Feststoffmatrix, der Schwermetallkonzentration (z. B. Fe, Mn) und des Sauerstoffeintrags sowie durch Verrechnung dieser Größen ermittelt.The parameters necessary for the practical use of the method are determined by measuring the U- I-curve, the specific conductivity of the water, the pH value, the oxygen consumption in the solid matrix, the heavy metal concentration (e.g. Fe, Mn) and the oxygen input as well as determined by offsetting these quantities.

Im Falle der Zielgrößen Mangan, Eisen bzw. Phosphat erfolgt die Steuerung des Multibarrierensystems durch kontinuierliche Messung des Redoxpotentials, des Sauerstoffgehaltes und/oder des pH-Wertes, durch Soll-Ist-Vergleich und Veränderung der Stellgrößen (Ein-/Ausschalten oder Nachregelung von Spannung oder Strom).In the case of the target variables manganese, iron or phosphate, the is controlled Multi-barrier system through continuous measurement of the redox potential, des Oxygen content and / or the pH value, by comparing target and actual values and changing the Control variables (switching on / off or readjustment of voltage or current).

Diese Parameter variieren in Abhängigkeit vom Gewässertyp, der Wasser- und Sedimentzusammensetzung und dem eingesetzten Elektrodenmaterial.These parameters vary depending on the type of water, the water and Sediment composition and the electrode material used.

Durch schrittweise Veränderung des Elektrodenpotentials wird es möglich, die verschiedenen Wasserinhaltsstoffe im Diffusionsgrenzstrombereich an der Arbeitselektrode gezielt nacheinander umzusetzen. Wird die Arbeitsspannung zu hoch gewählt, entsteht anodisch Sauerstoff und katodisch Wasserstoff, wobei durch Ausgasen unerwünschte Turbulenzen entstehen, die den Effekt der Stoffanreicherung und -immobilisierung zum Teil oder völlig aufheben können. By gradually changing the electrode potential, it becomes possible to use the various Targeted water constituents in the diffusion limit current range on the working electrode to be implemented one after the other. If the working voltage is chosen too high, anodic occurs Oxygen and cathodic hydrogen, with undesirable turbulence due to outgassing arise that have the effect of substance enrichment and immobilization in part or in full can pick up.

Durch die elektrochemische Manipulation können auch Spezies, die als Nähr- und Spurenstoffe für Mikro- oder höhere Organismen dienen, gebildet, umgewandelt, festgelegt oder freigesetzt werden. Durch die Elektrodenpolarisation werden die mobilen Wasserinhaltsstoffe immobilisiert und in der Feststoffmatrix eingelagert, so daß sie nicht mehr in die wäßrige Phase übertreten können (Bildung einer Redoxbarriere).Through the electrochemical manipulation also species that are used as nutrients and trace substances serve, formed, transformed, fixed or released for micro- or higher organisms will. The mobile water constituents are immobilized by the electrode polarization and stored in the solid matrix so that they no longer pass into the aqueous phase can (formation of a redox barrier).

Zusätzlich zu den Umsetzungen an oder in unmittelbarer Nähe der Arbeitselektrode werden katodisch Hydroxydionen und anodisch Protonen gebildet. Im Falle der anodischen Polarisation der Arbeitselektrode werden die gebildeten Protonen durch die Feststoffmatrix abgepuffert. Die an der Gegenelektrode gebildeten Hydroxydionen diffundieren an die Phasengrenzfläche Feststoff/Wasser, so daß sich dort ein relativ hoher pH-Wert (pH ≈ 10-11) ausbildet. Es entsteht dadurch ein pH-Gradient von ΔpH ≈ 4-6 an der Phasengrenzfläche. Damit wird eine zweite Barriere (pH-Barriere) gegen die Überführung bestimmter Wasserinhaltsstoffe aus der Feststoffmatrix in die wäßrige Phase errichtet. Das gilt für alle Schad-, Nähr-, Zehr- und Spurenstoffe, die sich unter anodischen Bedingungen fixieren lassen und/oder als Hydroxide im alkalischen Bereich aus- oder mitfällen.In addition to the conversions on or in the immediate vicinity of the working electrode cathodically formed hydroxide ions and anodically protons. In the case of anodic polarization of the working electrode, the protons formed are buffered by the solid matrix. the Hydroxy ions formed on the counter electrode diffuse to the phase interface Solid / water, so that a relatively high pH value (pH ≈ 10-11) develops there. It arises thus a pH gradient of ΔpH ≈ 4-6 at the phase interface. This creates a second Barrier (pH barrier) against the transfer of certain water constituents from the Solid matrix established in the aqueous phase. This applies to all harmful, nutritional, consuming and Trace substances that can be fixed under anodic conditions and / or as hydroxides in the fail or precipitate in the alkaline range.

Bei katodischer Polarisation der Arbeitselektrode werden analog Hydroxidionen von Feststoff­ bestandteilen abgepuffert. Die saure Front reicht bis zur Phasengrenzfläche Feststoff/Wasser. Es werden alle Schad-, Nähr-, Zehr- und Spurenstoffe angereichert und fixiert, die reduktiv immobilisierbar sind und/oder im sauren Milieu aus- oder mitgefällt werden.In the case of cathodic polarization of the working electrode, hydroxide ions are analogously converted into solids components buffered. The acidic front extends to the solid / water phase interface. It all pollutants, nutrients, nutrients and trace substances are enriched and fixed, the reductive are immobilizable and / or are precipitated or co-precipitated in an acidic environment.

Neben dem Preis hängt die Auswahl des Elektrodenmaterials wesentlich von der Art und Konzentration der Wasser- und Sedimentinhaltsstoffe sowie von den elektrochemisch initiierten Reaktionen ab. Sind geringe Gehalte an Eisen, Nickel oder Chrom in der Feststoffmatrix zulässig, dann ist Stahl, hochlegierter Stahl oder Nickel als Elektrodenmaterial bedingt geeignet. Generell sind allerdings Elektroden auf Eisen-, Chrom- oder Nickelbasis nicht bedenkenlos einsetzbar, insbesondere dann nicht, wenn erhöhte Sulfat- und/oder Chloridgehalte im Gewässer vorliegen. Im letzteren Falle muß neben einer Lochfraßkorrosion mit der Entwicklung von Chlor gerechnet werden. Hier sind Elektrodenmaterialien mit erhöhter Chlorüberspannung und Chloridresistenz notwendig. Das können beispielsweise Kohlenstoffmaterialien, dünn mit Edelmetall beschichtete Kunststoffe oder oberflächenbeschichtete Titanmaterialien (sog. Titanoden) in Form von Vliesen, Matten, Netzen oder andere Ausführungsformen sein.In addition to the price, the choice of electrode material depends largely on the type and Concentration of the water and sediment constituents as well as of the electrochemically initiated ones Reactions. Are there low contents of iron, nickel or chromium in the solid matrix permissible, then steel, high-alloy steel or nickel are conditionally suitable as electrode material. Generally, however, electrodes based on iron, chromium or nickel are not without hesitation Can be used, especially not if there is an increased sulphate and / or chloride content in the water are present. In the latter case, pitting corrosion must be accompanied by the development of chlorine be expected. Here are electrode materials with increased chlorine overvoltage and Chloride resistance necessary. This can be, for example, carbon materials, thin with Precious metal coated plastics or surface coated titanium materials (so-called. Titanodes) in the form of fleeces, mats, nets or other embodiments.

Die Stromversorgung kann sowohl aus konventionellen Anlagen (Kraftwerksstrom) als auch aus alternativen Anlagen (z. B. Solarenergie, Energieerzeugung durch Wind, Gezeiten o. ä.) erfolgen. The power supply can come from conventional systems (power station electricity) as well as from alternative systems (e.g. solar energy, energy generation by wind, tides, etc.).

Nach Aufkonzentrierung bestimmter Schadstoffe aus dem Porenwasser an der Phasengrenz­ fläche Feststoff-Wasser können die fixierten Spezies durch Polungsumkehr in einem zweiten Schritt mobilisiert werden und konzentriert in die wäßrige Phase überführt werden.After concentration of certain pollutants from the pore water at the phase boundary Surface solid water can change the fixed species by reversing the polarity in a second Step are mobilized and transferred concentrated into the aqueous phase.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen gegenüber bekannten Verfahren besteht darin, daß bestimmte Wasserinhaltsstoffe in-situ durch ein angelegtes elektrisches Feld zielgerichtet transportiert, aufkonzentriert und elektrochemisch oder chemisch umgesetzt werden. Bei bestimmten Spannungs- und Stromdichteverhältnissen können ausgewählte Wasserinhaltsstoffe direkt an der Arbeitselektrode oder in ummittelbarer Nähe, in schwerlösliche Stoffe umgewandelt werden. Die Fällprodukte setzen sich unmittelbar an der Arbeitselektrode oder im elektrodennahen Raum ab und werden dadurch immobil (Redoxbarriere). Außerdem wird durch das Verfahren mittels der Arbeitselektrode in der Feststoffmatrix und der Gegenelektrode in der wäßrigen Phase eine "pH-Barriere" aufgebaut, die als zweite "Sicherheitsstufe" gegen die mikrobielle Mobilisierung von bestimmten Wasserinhaltsstoffen wirkt.The advantage of the method according to the invention over known methods is that specific water constituents targeted in-situ by an applied electric field transported, concentrated and converted electrochemically or chemically. at certain voltage and current density ratios can be selected water constituents directly on the working electrode or in the immediate vicinity, in poorly soluble substances being transformed. The precipitation products settle directly on the working electrode or in the space near the electrodes and become immobile (redox barrier). In addition, through the method by means of the working electrode in the solid matrix and the counter electrode in the aqueous phase a "pH barrier" built up as a second "security level" against the microbial mobilization of certain water constituents works.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The method according to the invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments explained. The accompanying drawings show:

Fig. 1: eine Elektrodenanordnung beim elektrochemischen Multibarrieresystem Fig. 1: an electrode arrangement in the electrochemical multi-barrier system

Fig. 2: eine idealisierte U-I-Kurve mit Kennzeichnung des Spannungspunktes U0 bzw. der Arbeitspunkte für die sequentielle elektrochemische Umwandlung ausgewählter Wasserinhaltsstoffe FIG. 2 shows an idealized UI curve with marking of the point voltage U 0 and the operating points for sequential electrochemical conversion of selected substances in water

Fig. 3: verschiedene Mangangehalte in der wäßrigen Phase, direkt über der Phasengrenzfläche Fig. 3: Different manganese contents in the aqueous phase, directly above the phase interface

Fig. 4: verschiedene Eisengesamt-Gehalte in der wäßrigen Phase, direkt über der Phasengrenzfläche Fig. 4: different total iron content in the aqueous phase, directly above the phase boundary

Fig. 5: eine Remobilisierung von Mangan aus dem Sediment durch elektrische Umpolung Fig. 5: A remobilization of manganese from the sediment by electrical polarity reversal

Fig. 6: eine Remobilisierung von Eisen aus dem Sediment durch elektrische Umpolung Fig. 6: a remobilization of iron from the sediment by electrical polarity reversal

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

In einer Versuchssäule entsprechend Fig. 1 wurde originäres Sediment (1) einer Talsperre eingebaut. Die Arbeitselektrode (5) befand sich 3 cm unterhalb der Phasengrenzfläche (6). Die Gegenelektrode (4) wurde etwa 7 cm über der Phasengrenzfläche (6) in der wäßrigen Phase (2) positioniert. Die Elektrode (5) wurde als Anode, die Elektrode (4) als Katode geschaltet. Als Elektrodenmaterial wurde perforierter Edelstahl (Fläche A = 15 cm2) verwendet. Zur Ermittlung der elektrochemischen Prozeßbedingungen wurde zunächst die Strom-Spannungs-Kurve aufgenommen. Bei einer Arbeitsspannung von UA = 4 V und einer Stromdichte von I/A = 0,6 mA/15 cm2 wurde an der Anode eine oxische Zone (Redoxbarriere) aufgebaut, in der z. B. Eisen(II) zu Eisen(III) und Mangan(II) zu Mn(III, IV) umgewandelt wird und konzentriert ausfällt. Zum Nachweis der Effekte wurde der zeitliche Verlauf der Mangan(II)-, Gesamteisenkonzentration in der wäßrigen Phase (2) direkt über dem Sediment (1) gemessen. Die Meßwerte bei UA = 4 V und Vergleichswerte eines Versuches ohne elektrochemische Polarisation (UA = 0 V) sind in den Fig. 3 und 4, dargestellt.Original sediment ( 1 ) from a dam was installed in an experimental column according to FIG. 1. The working electrode ( 5 ) was located 3 cm below the phase interface ( 6 ). The counter electrode ( 4 ) was positioned about 7 cm above the phase interface ( 6 ) in the aqueous phase ( 2 ). The electrode ( 5 ) was connected as the anode and the electrode ( 4 ) as the cathode. Perforated stainless steel (area A = 15 cm 2 ) was used as the electrode material. To determine the electrochemical process conditions, the current-voltage curve was first recorded. With a working voltage of U A = 4 V and a current density of I / A = 0.6 mA / 15 cm 2 , an oxic zone (redox barrier) was built up at the anode. B. Iron (II) is converted to iron (III) and manganese (II) to Mn (III, IV) and precipitates in concentrated form. To demonstrate the effects, the time course of the manganese (II), total iron concentration in the aqueous phase (2 ) was measured directly above the sediment ( 1 ). The measured values at U A = 4 V and comparative values from an experiment without electrochemical polarization (U A = 0 V) are shown in FIGS .

Eine Auswahl der an den Elektroden (4) und (5) bzw. in Elektrodennähe ablaufenden Bruttoreaktionen am Beispiel von Eisen, Mangan und Phosphat zeigt folgende Zusammen­ stellung:A selection of the gross reactions taking place at the electrodes (4 ) and ( 5 ) or in the vicinity of the electrodes using the example of iron, manganese and phosphate shows the following compilation:

Anodeanode RedoxbarriereRedox barrier

Fe2+ Fe 2+

→ Fe3+ → Fe 3+

+ e- + e -

Mn2+ Mn 2+

+ 2H2 + 2H 2

O → MnO2 O → MnO 2

+ 4H+ + 4H +

+ 2e-
+ 2e -

MnO2 MnO 2

+ 2Fe2+ + 2Fe 2+

+ 4H+ + 4H +

→ Mn2+ → Mn 2+

+ 2Fe3+ + 2Fe 3+

+ 2H2 + 2H 2

O
Fe3+
O
Fe 3+

+ PO4 3- + PO 4 3-

→ FePO4 → FePO 4

(s)
3Mn2+
(s)
3Mn 2+

+ 4H2 + 4H 2

O → Mn3 O → Mn 3

O4 O 4

+ 2e- + 2e -

+ 8H+ + 8H +

pH-BarrierepH barrier

Fe3+ Fe 3+

+ 3OH- + 3OH -

→ Fe(OH)3 → Fe (OH) 3

(s)
H2
(s)
H 2

O → H+ O → H +

+ OH-
+ OH -

=SO- = SO -

+ H+ + H +

→ =SOH + H+ → = SOH + H +

→ =SOH2 + → = SOH 2 +

(Pufferung)(Buffering)

KatodeCathode RedoxbarriereRedox barrier

O2 O 2

+ 4H+ + 4H +

+ 4e- + 4e -

→ 2H2 → 2H 2

O
Fe3+
O
Fe 3+

+ e- + e -

→ Fe2+ → Fe 2+

pH-BarrierepH barrier

Fe3+ Fe 3+

+ 3OH- + 3OH -

→ Fe(OH)3 → Fe (OH) 3

(s)
Fe2+
(s)
Fe 2+

+ 2OH- + 2OH -

→ Fe(OH)2 → Fe (OH) 2

(s)
Fe3+
(s)
Fe 3+

+ PO3- 4 + PO 3- 4

→ FePO4 → FePO 4

(s)
Mn + 2OH-
(s)
Mn + 2OH -

→ Mn(OH)2 → Mn (OH) 2

(s)(s)

Aus den Fig. 3 und 4 ist klar zu erkennen, daß ohne Polarisation der Phasengrenzfläche (blaue Kurve) ein schneller Anstieg der Eisen- und Mangankonzentration in der wäßrigen Phase (gemessen nahe der Phasengrenzfläche) infolge der mikrobiellen Reduktion von immobilen, höherwertigen zu mobilen zweiwertigen Mangan- und Eisenspezies erfolgt. Wird die Phasengrenzfläche dagegen anodisch polarisiert, so bilden sich in der Umgebung der Anode eine Redoxbarriere (8) und zwischen Phasengrenzfläche und Katode eine pH-Barriere (7) aus, die verhindern, daß z. B. in der Tiefe des Sediments gebildete reduzierte Eisen- und Manganspezies in die wäßrige Phase gelangen können. Das wird dadurch erreicht, daß die reduzierten Spezies, an der Anode oxidiert und damit immobilisiert werden. Im Gegensatz dazu erhöht sich im Ausführungsbeispiel ohne Polarisation die Mangan- und Eisenkonzentration in der wäßrigen Phase kontinuierlich (blaue Kurve).From FIGS. 3 and 4 it can be clearly seen that without polarization of the phase interface (blue curve) there is a rapid increase in the iron and manganese concentration in the aqueous phase (measured near the phase interface) as a result of the microbial reduction from immobile, higher-valued to mobile divalent ones Manganese and iron species takes place. If, on the other hand, the phase interface is anodically polarized, a redox barrier ( 8 ) is formed in the vicinity of the anode and a pH barrier (7 ) is formed between the phase interface and the cathode. B. reduced iron and manganese species formed in the depth of the sediment can get into the aqueous phase. This is achieved by oxidizing the reduced species on the anode and thereby immobilizing them. In contrast to this, in the exemplary embodiment without polarization, the manganese and iron concentration in the aqueous phase increases continuously (blue curve).

Nach einer Versuchsdauer von 36 Tagen hat sich eine hinreichend stabile oxische Zone ausgebildet (vgl. Fig. 3 und 4, Phase I). Zu diesem Zeitpunkt wurde die elektrochemische Polarisation unterbrochen. Nach etwa 12 Tagen im stromlosen Zustand löst sich die oxische Zone vollständig auf, Mangan und Eisen werden mobilisert (Phase II). Diese alternierende Fahrweise wurde in den Phasen III-VI fortgeführt. Auf Phasen der Strombeaufschlagung (III und V) folgten die stromlosen Phasen IV und VI.After a test duration of 36 days, a sufficiently stable oxic zone has formed (cf. FIGS. 3 and 4, phase I). At this point the electrochemical polarization was interrupted. After about 12 days in the currentless state, the oxic zone dissolves completely, manganese and iron are mobilized (phase II). This alternating mode of operation was continued in phases III-VI. Phases IV and VI followed the currentless phases (III and V).

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die umgekehrte Polarisation im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 führt zu einer starken Mobilisierung der Schwermetalle Eisen und Mangan (vgl. Fig. 5 und 6). Durch erneutes Umpolen wird der Mobilisierungsprozeß beendet und es erfolgt die Immobilisierung bestimmter Wasserinhaltsstoffe. The opposite polarization in comparison to embodiment 1 leads to a strong mobilization of the heavy metals iron and manganese (cf. FIGS. 5 and 6). By changing the polarity again, the mobilization process is ended and certain substances contained in the water are immobilized.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Feststoffmatrix/Sediment
Solid matrix / sediment

22

wäßrige Phase
aqueous phase

33rd

Stromversorgung
Power supply

44th

Elektrode/Gegenelektrode
Electrode / counter electrode

55

Elektrode/Arbeitselektrode
Electrode / working electrode

66th

Phasengrenzfläche
Phase interface

77th

pH-Barriere
pH barrier

88th

Redoxbarriere
Redox barrier

Claims (20)

1. Verfahren zur Reduzierung oder Verhinderung des Zutritts von Wasserschadstoffen in einen stehenden Wasserkörper, aufweisend eine Feststoffmatrix, an dem eine Elektrodenanordnung, bestehend aus einer flächigen Elektrode (4) im Wasserkörper (2) und einer flächigen Elektrode (5) in der Feststoffmatrix (1), zur Bildung einer Barriere an der Phasengrenzfläche Wasserkörper/Feststoffmatrix (2/1) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betreiben der Elektrodenanordnung (4, 5) eine Arbeitsspannung eingestellt wird, bei der selektiv Wasserschadstoffe oxidiert oder reduziert und damit immobiliseirt oder mobilisiert werden, ohne das gelöster Sauerstoff oder Wasserstoff in den Wasserkörper aus der Feststoffmatrix (1) abgegeben wird, wobei immobilisierte Wasserschadstoffe in der Feststoffmatrix (1) angereichert und mobilisierte Wasserschadstoffe aus dem Wasserkörper abgeführt werden.1. A method for reducing or preventing the entry of water pollutants into a standing body of water, having a solid matrix on which an electrode arrangement consisting of a flat electrode ( 4 ) in the water body ( 2 ) and a flat electrode ( 5 ) in the solid matrix ( 1 ), is operated to form a barrier at the phase boundary surface body of water / solids matrix (2/1), characterized in that oxidized to operate the electrode assembly (4, 5) a working voltage is set at the selectively water pollutants or reduced, and thus immobiliseirt or mobilized are released from the solid matrix (1 ) without the dissolved oxygen or hydrogen being released into the water body, whereby immobilized water pollutants are enriched in the solid matrix ( 1 ) and mobilized water pollutants are removed from the water body. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Oxidieren oder Reduzieren eines Wasserschadstoffes das entsprechende redoxpaarspezifische Halbstufenpotential des Wasserschadstoffes eingestellt wird, welches sich durch Aufnahme einer U-I-Kurve unter Berücksichtigung von Leistungsverlusten und des ohmschen Spannungsabfalls zwischen den Elektroden (4, 5) ergibt.2. The method according to claim 1, characterized in that for oxidizing or reducing a water pollutant, the corresponding redox pair-specific half-wave potential of the water pollutant is set, which is determined by recording a UI curve taking into account power losses and the ohmic voltage drop between the electrodes ( 4 , 5 ) results. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Arbeitsspannung so erfolgt, daß Wasserschad-, Nähr-, Zehr- und Spurenstoffe in oder an der Feststoffmatrix (1) zunächst aufkonzentriert und anschließend aus der Feststoffmatrix (1) in konzentrierter Form herausgelöst und danach aus dem Wasserkörper abgeführt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the setting of the working voltage takes place so that water damage, nutrients, nutrients and trace substances in or on the solid matrix ( 1 ) first concentrated and then out of the solid matrix (1 ) in in a concentrated form and then removed from the body of water. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere an der Phasengrenzfläche Wasserkörper/Feststoffmatrix (2/1) als Redox- und/oder als pH-Barriere betrieben wird.4. The method of claim 1 to 3, characterized in that the barrier at the phase boundary body of water / solids matrix (2/1) or is operated as a pH-barrier than redox and /. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Feststoffmatrix (1) eine positiv polarisierte Elektrode (5) und im Wasserkörper (2) eine negativ polarisierte Elektrode (4) betrieben wird. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that in the solid matrix ( 1 ) a positively polarized electrode ( 5 ) and in the body of water ( 2 ) a negatively polarized electrode ( 4 ) is operated. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Feststoffmatrix (1) eine negativ polarisierte Elektrode (5) und im Wasserkörper (2) eine positiv polarisierte Elektrode (4) betrieben wird.6. The method according to claim 1 to 4, characterized in that a negatively polarized electrode ( 5 ) and in the water body ( 2 ) a positively polarized electrode ( 4 ) is operated in the solid matrix (1). 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mobilisierte Wasserschadstoffe in der Nähe des Übergangsortes von der Feststoffmatrix (1) zum Wasserkörper (2) aus dem Wasserkörper (2) abgeleitet oder gebunden werden.7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that mobilized water pollutants in the vicinity of the transition point from the solid matrix ( 1 ) to the water body ( 2 ) from the water body ( 2 ) are derived or bound. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mobile Wasserinhaltsstoffe in der Barriere in immobile Spezies umgewandelt werden und in der pH-Barriere immobilisiert werden.8. The method according to claim 1 to 6, characterized in that mobile water ingredients converted to immobile species in the barrier and in the pH barrier be immobilized. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die positiv bzw. negativ polarisierten Elektroden (4, 5) flächige, perforierte Elektroden aus Streckmetall, Kohlevlies, Netze aus leitfähigem polymerem Material, beschichtete Folien, leitfähige textile Flächengebilde o. dgl. verwendet werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that for the positively or negatively polarized electrodes ( 4 , 5 ) flat, perforated electrodes made of expanded metal, carbon fleece, networks of conductive polymer material, coated films, conductive textile fabrics o The like can be used. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 5) stabil gegen Auflösung, Zersetzung bzw. Wasserstoffversprödung sind und keine zusätzlichen Wasserschadstoffe direkt oder indirekt produzieren.10. The method according to claim 9, characterized in that the electrodes ( 4 , 5 ) are stable against dissolution, decomposition or hydrogen embrittlement and do not produce any additional water pollutants directly or indirectly. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode im Wasserkörper (2) so positioniert wird, daß entsprechend der elektrolytischen Leitfähigkeit des Wasserkörpers (2) der Ohmsche Spannungsabfall 0,01 bis 42 V beträgt.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the electrode in the body of water ( 2 ) is positioned so that the ohmic voltage drop is 0.01 to 42 V according to the electrolytic conductivity of the body of water ( 2). 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minimierung des Energiebedarfs der Ohmsche Spannungsabfall 0,01 bis 5 V beträgt.12. The method according to claim 1 to 11, characterized in that to minimize the Energy requirement, the ohmic voltage drop is 0.01 to 5 V. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung bzw. die Stromdichte variabel eingestellt werden kann, damit ein bestimmter Wasserinhaltsstoff an der Elektrode (5) angereichert, direkt oder indirekt oxidiert bzw. reduziert wird. 13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the voltage or the current density can be set variably so that a certain water constituent on the electrode ( 5 ) is enriched, oxidized or reduced directly or indirectly. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsspannung automatisch steuerbar ist, so daß entsprechend der Zielgröße die Wasserinhaltsstoff(e) sowie Meßgrößen, wie Redoxpotential, O2-Konzentration, pH-Wert, kontinuierlich oder diskontinuierlich ermittelt, diese mit Sollgrößen verglichen und die Zielgröße durch Veränderung von Stellgröße(n), insbesondere Strom oder Spannung, in einem festgelegten Regelintervall gehalten wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the working voltage is automatically controllable so that the water constituent (s) and measured variables such as redox potential, O 2 concentration, pH value, continuously or discontinuously determined according to the target variable , this is compared with setpoint values and the target value is kept in a fixed control interval by changing the manipulated variable (s), in particular current or voltage. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom, ein gepulster Gleichstrom, Wechselspannung variabler Frequenz oder eine Kombination aus beiden Spannungen an die Elektroden (4, 5) angelegt wird, um eine gerichtete Wanderung eines bestimmten Wasserschadstoffes zu erreichen und/oder den pH-Gradienten zwischen den Elektroden (4, 5) zu steuern.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that a direct current, a pulsed direct current, alternating voltage of variable frequency or a combination of both voltages is applied to the electrodes ( 4 , 5 ) in order to cause a specific migration of a particular water pollutant achieve and / or control the pH gradient between the electrodes ( 4 , 5 ). 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Elektroden (4, 5) Stoffe generiert oder abgebaut werden, die die Entwicklung von Mikroorganismenpopulationen fördern oder hemmen können und somit Einfluß auf biochemisch katalysierte Reaktionen genommen wird.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that substances are generated or broken down at the electrodes (4 , 5 ) which can promote or inhibit the development of microorganism populations and thus influence biochemically catalyzed reactions. 17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Elektroden (4, 5) Nähr- und/oder Spurenstoffe produziert oder eliminiert werden, um eine Mobilisierung oder Immobilisierung eines betrachteten Schadstoffes biochemisch zu erreichen.17. The method according to claim 1 to 16, characterized in that on the electrodes ( 4 , 5 ) nutrients and / or trace substances are produced or eliminated in order to mobilize or immobilize a pollutant under consideration biochemically. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektroden (4, 5) entsprechend des Anwendungsfalls beliebig wähl- und einstellbar ist.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the distance between the electrodes ( 4 , 5 ) can be selected and adjusted as desired according to the application. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation der Elektroden (4, 5) zwischenzeitlich ein oder mehrmals unterbrochen wird und somit der Polarisationsprozeß periodisch gestaltet wird.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the polarization of the electrodes ( 4 , 5 ) is interrupted one or more times in the meantime and thus the polarization process is made periodic. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das angelegte Feld transportierten Spezies durch Adsorption oder Ionenaustausch an einer eigens dafür eingebrachten Membran oder einem Gewebe angereichert wird.20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the by the applied field transported species by adsorption or ion exchange on a specially for this purpose introduced membrane or a tissue is enriched.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110411923A (en) * 2019-09-03 2019-11-05 中国海洋大学 Marine boundary layer original position real-time monitoring device and method based on self-potential survey

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19724137A1 (en) * 1997-06-07 1998-12-10 Univ Dresden Tech Electrolytic purification of water and sediments

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19724137A1 (en) * 1997-06-07 1998-12-10 Univ Dresden Tech Electrolytic purification of water and sediments

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110411923A (en) * 2019-09-03 2019-11-05 中国海洋大学 Marine boundary layer original position real-time monitoring device and method based on self-potential survey
CN110411923B (en) * 2019-09-03 2020-05-15 中国海洋大学 In-situ real-time monitoring device and method for submarine boundary layer based on natural potential measurement

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